不仅是通信:量子密钥分发(QKD)是什么?

还是像科幻小说里那样,即使在银河系的另一端,也能实现无视距离的超光速通话?
如果你抱着这样的期待,那么真相可能会让你稍微有点“失望”——但紧接着,你会感到震撼。
真实的量子通信,并不能帮你瞬间传送一份 PPT,也不能让你打游戏不延迟。它目前最成熟、最核心的应用只有一个,那就是:分发钥匙。
在新闻报道中,我们经常听到“量子九游官网保密通信”这个词。但在学术界,更严谨的称呼是 QKD (Quantum Key Distribution,量子密钥分发)。
想象一下,Alice 想给 Bob 寄一个保险箱(加密后的数据),里面装着绝密文件。 为了保证安全,Alice 给保险箱上了锁。现在,问题来了:Bob 没有钥匙,他怎么打开?
有了这串密钥,Alice 就可以用它加密任何经典数据,然后大摇大摆地在公网上发送。
你可能会问:“费这么大劲生成个密钥有什么了不起?现在的 AES 加密不也挺好用吗?”
在密码学几千年的历史上,人类发明了无数种加密算法,从凯撒密码到恩格玛机,再到现代的 DES、AES。它们都有一个共同的弱点:只要算力足够强,或者时间足够长,理论上都能被破解。
它的原理简单到令人发指,只用到了小学数学:异或 (XOR)运算(记作 )。
假设黑客 Eve 截获了密文10110。 她想暴力破解。她并不知道密钥是什么。
关键点来了:由于密钥是真随机的,所以在 Eve 眼里,任何一段由 5 个比特组成的明文,都有着完全相等的概率对应这串密文。Eve 就算穷尽了宇宙所有的算力,把所有可能的密钥都试一遍,她会得到成千上万个有意义的句子(进攻、撤退、我爱你、去死吧……),但她永远无法知道哪一个才是真的。
既然 OTP 这么完美,为什么我们现在不用?为什么我们在浏览器里还要用 RSA?
如果 Alice 和 Bob 想用 OTP 通线TB 数据。 那他们必须在通话开始前,先想办法安全地交换365TB 的密钥硬盘。
这就陷入了一个死循环:为了进行绝对安全的保密通信,我们需要先进行一次绝对安全的密钥传输。如果我有办法绝对安全地传输密钥,我干嘛不直接传文件呢?
QKD 并不是一种新的加密算法,它就是专门为了解决OTP 的密钥分发问题而生的。
QKD 的核心思想是:不要用硬盘运送密钥,我们要用光子在光纤里“现场协商”密钥。
只有当确认没有窃听者(或者窃听量极低,可以通过算法剔除)时,Alice 和 Bob 才会生成最终的密钥。
这意味着:这一串到达 Bob 手里的密钥,是物理学定律保证没有任何第三方知晓的。
一旦拥有了源源不断的、安全的、真随机的密钥九游官网流,Alice 和 Bob 就可以尽情地使用OTP (一次一密)算法了。
从此,距离不再是安全隐患。只要光纤能铺到的地方,OTP 就能延伸到哪里。
它不是你手机上的一款聊天 APP,它是下一代信息网络的底层基础设施。 就像自来水管(QKD)源源不断地输送水(密钥)到千家万户。
既然 QKD 这么厉害,那它到底是怎么操作的? Alice 到底发了什么光子?Bob 又是怎么测量的?他们怎么知道有没有人窃听?
为了解答这些问题,我们需要深入到一个具体的协议中去。 这就是历史上第一个、也是最著名的 QKD 协议——BB84 协议。返回搜狐,查看更多
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